膨胀土一般系指黏粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的黏性土，它一般强度较高，压缩性低，易被误认为是建筑性能较好的地基土。但由于具有膨胀和收缩的特性，当利用这种土作为建筑物地基时，对低层轻型的房屋或构筑物带来的危害更大。在膨胀土地区进行建设，要通过勘察工作，对膨胀土作出必要的判断和评价，以便采取相应的设计和施工措施，从而保证房屋和构筑物的安全和正常使用。
1）膨胀土的特征
膨胀土的黏粒含量一般很高，其中粒径小于0.002mm的胶体颗粒含量一般超过20%。黏土矿物成分中，伊利石、蒙脱石等强亲水性矿物占主导地位。其液限ωL大于40%，塑性指数IP大于17，且多数在22～35之间。自由膨胀率一般超过40%（红黏土除外）。膨胀土的天然含水量接近或略小于塑限，液性指数常小于零，土的压缩性小，多属低压缩性土。任何黏性土都有胀缩性，问题在于这种特性对房屋安全的影响程度。
膨胀土在我国分布广泛，以黄河流域及其以南地区较多。据统计，湖北、河南、广西、云南等20多个省、自治区均有膨胀土。膨胀土多出现于二级或二级以上阶地、山前丘陵和盆地边缘地带。所处地形平缓，无明显自然陡坎。在流水冲刷作用下的水沟、水渠易发生崩塌、滑动而淤塞。常见浅层滑坡、地裂，新开挖的坑（槽）壁易发生坍塌。
2）膨胀土对建筑物的危害
膨胀土具有显著的吸水膨胀和失水收缩的变形特性。建造在膨胀土地基上的建筑物随季节性气候的变化会反复不断地产生不均匀的升降而使房屋破坏。破坏具有如下特征：
（1）建筑物的开裂破坏具有地区性成群出现的特点，建筑物裂缝随气候变化不停地张开和闭合。遇干旱年份裂缝发展更为严重。发生变形破坏的建筑物，多数为一、二层的砖木结构房屋。因为这类建筑物的重量轻，整体性差，基础埋置较浅，地基土易受外界因素的影响而产生胀缩变形，故极易裂损。
（2）房屋墙面角端的裂缝常表现为山墙上的对称或不对称的倒八字缝，这是由于山墙的两侧下沉量较中部大的缘故。外纵墙下部出现水平缝，墙体外倾并有水平错动。由于土的胀缩交替变形，还会使墙体出现交叉裂缝。房屋的独立砖柱可能发生水平断裂，并伴随有水平位移和转动。隆起的地坪，多出现纵长裂缝，并常与室外地裂相连。在地裂通过建筑物的地方，建筑物墙体上出现上小下大的竖向或斜向裂缝。
（3）膨胀土边坡极不稳定，易产生浅层滑坡，并引起房屋和构筑物的开裂。
另外，膨胀土的胀缩特性除使房屋发生开裂、倾斜外，还会使公路路基发生破坏，堤岸、路堑产生滑坡，涵洞、桥梁等刚性结构物产生不均匀沉降，导致开裂等。
世界上已有40多个国家发现膨胀土造成的危害，估计每年给工程建设带来的经济损失达数十亿美元。膨胀土的工程问题已引起包括我国在内的各国学术界和工程界的高度重视。
3）影响膨胀土胀缩变形的主要因素
膨胀土的胀缩变形由土的内在因素所决定，同时受到外部因素的制约。影响土胀缩变形的主要内在因素有：①矿物成分；②微观结构特征；③黏粒的含量；④土的密度和含水量；⑤土的结构强度。影响土胀缩变形的主要外部因素有：①气候条件是首要的因素；②地形地貌等因素。
1）膨胀土地基的勘察
膨胀土地基的勘察除满足一般勘察要求外，应着重下列内容：
（1）选址勘察阶段，应以工程地质调查为主。收集当地多年气象资料，了解气候变化特点；查明膨胀土的成因，划分地貌单元，了解地形形态以及有无不良地质现象；调查水文地质情况，调查地表水排泄、积聚情况，地下水类型、水位及其变化幅度等；分析当地建筑物损坏原因。
（2）初步勘察阶段应确定膨胀土的胀缩性；查明场地内不良地质现象的成因、分布和危害程度；采取原状土样进行室内基本物理性质试验、收缩试验、膨胀力试验和膨胀率试验，初步查明场地内膨胀土的物理力学性质。
（3）详勘阶段应确定地基土层胀缩等级以作为设计的依据。
2）膨胀土的胀缩性指标
评价膨胀土胀缩性的常用指标及其测定方法如下：
（1）自由膨胀率δef：指研磨成粉末的干燥土样（结构内部无约束力），浸泡于水中，经充分吸水膨胀后所增加的体积与原土体积的百分比。试验时将烘干土样经无颈漏斗注入量土杯（容积10mL），盛满刮平后，将试样倒入盛有蒸馏水的量筒（容积50mL）内。然后加入凝聚剂并用搅拌器上下均匀搅拌10次。土粒下沉后每隔一定时间读取土样体积数，直至认为膨胀到达稳定为止。自由膨胀率按下式计算：
式中：V0——试验开始时土样的原始体积；
Vw——在侧限条件下土样浸水在压力膨胀稳定后的体积。
自由膨胀率δef表示膨胀土在无结构力影响下和无压力作用下的膨胀特性，可反映土的矿物成分及含量，可用来初步判定是否是膨胀土。
（2）膨胀率δep：原状土在侧限压缩仪中，在一定的压力下，浸水膨胀稳定后，土样增加的高度与原高度之比，称为膨胀率。表示为
式中：hw——土样浸水膨胀稳定后的高度（mm）；
h0——土样的原始高度（mm）。
膨胀率也可用来评价地基的胀缩等级，计算膨胀土地基的变形量以及测定膨胀力。
（3）线缩率δs：指土的垂直收缩变形与原始高度之百分比。试验时把土样从环刀中推出后，置于20℃恒温条件下，或15～40℃自然条件下干缩，按规定时间测读试样高度，并同时测定其含水量（ω）。用下式计算土的线缩率：
式中：hi——某含水量ωi时的土样高度（mm）；
h0——土样的原始高度（mm）。
（4）膨胀力pe：原状土样在体积不变时，由于浸水膨胀产生的最大内应力，称为膨胀力pe。以各级压力下的膨胀率δep为纵坐标，压力p为横坐标，将试验结果绘制成pδep关系曲线，该曲线与横坐标轴的交点即为膨胀力pe，见图10-1。
图10-1 p-δep关系曲线图
3）膨胀土地基的评价
（1）膨胀土的判别
膨胀土的判别是解决膨胀土地基勘察、设计的首要问题。据我国大多数地区膨胀土和非膨胀土试验指标的统计分析，认为：土中黏粒成分由亲水矿物成分组成。凡自由膨胀率，一般具有上述膨胀土物理力学特征和建筑物开裂破坏特征，且为缩胀性能较大的黏性土，则应判别为膨胀土。
（2）膨胀土的膨胀潜势
通过上述判定膨胀土以后，要进一步确定膨胀土的胀缩性能，也就是胀缩强弱。我国《膨胀土规范》按自由膨胀率δef大小划分膨胀潜势强弱，即反映土体内部积储的膨胀势能大小，来判别土的胀缩性高低。膨胀土的膨胀潜势按δef大小分为3类，见表10-2。
表10-2 膨胀土的膨胀潜势分类
调查表明：δef较小的膨胀土，膨胀潜势较弱，建筑物损坏轻微；δef较大的膨胀土，膨胀潜势较强，建筑物损坏严重。
（3）膨胀土地基的胀缩等级
膨胀土地基评价，应根据地基的膨胀、收缩变形对低层砖混房屋的影响程度进行。地基的胀缩等级我国规范规定以50kPa压力下（相当于一层砖石结构的基底压力）测定土的膨胀率δep，计算地基分级变形量sc，作为划分胀缩等级的标准，见表10-3。地基分级变形量应按式（10-7）计算。
表10-3 膨胀土的膨胀等级
地基土的胀缩变形量计算公式为
式中：ψ——计算胀缩变形量的经验系数，可取0.7；
δepi——基础底面下第i层土在压力作用下的膨胀率，由室内试验确定；
λsi——第i层土的垂直线缩系数；
Δωi——第i层土在收缩过程中可能发生的含水量变化的平均值（小数表示），按《膨胀土规范》公式计算；
hi——第i层土的计算厚度（cm），一般为基底宽度的2/5；
n——自基础底面至计算深度内所划分的土层数，计算深度可取大气影响深度，当有热源影响时，应按热源影响深度确定。
1）设计措施
（1）建筑场地的选择
根据工程地质和水文地质条件，建筑物应尽量避免布置在地质条件不良的地段（如浅层滑坡和地裂发育区，以及地质条件不均匀的区域）。同时，应利用和保护天然排水系统，并设置必要的排洪、截流和导流等排水措施，有组织的排除雨水、地表水、生活和生产废水，防止局部浸水和出现渗漏。
（2）建筑措施
建筑物的体型力求简单，尽量避免平面凹凸曲折和立面高低不一。建筑物不宜过长，必要时可用沉降缝分段隔开。一般无特殊要求的地坪，可用混凝土预制块或其他块料，其下铺砂和炉渣等垫层。如用现浇混凝土地坪，其下铺块石或碎石等垫层，每3m左右设分格缝。对于有特殊要求的工业地坪，应尽量使地坪与墙体脱开，并填以嵌缝材料。房屋附近不宜种植吸水量和蒸发量大的树木（如桉树），应根据树木的蒸发能力和当地气候条件合理确定树木与房屋之间的距离。
（3）结构处理
在膨胀土地基上，一般应避免采用砖拱结构和无砂大孔混凝土、无筋中型砌块建造的房屋。为了加强建筑物的整体刚度，可适当设置钢筋混凝土圈梁或钢筋砖腰箍。单独排架结构的工业厂房包括山墙、外墙及内隔墙均采用单独柱基承重，角端部分适当加深，围护墙宜砌在基础梁上，基础梁底与地面应脱空10～15cm。建筑物的角端和内外墙的连接处，必要时可增设水平钢筋。
（4）地基处理
基础埋置深度的选择应考虑膨胀土的胀缩性、膨胀土层埋藏深度和厚度以及大气影响深度等因素。基础不宜设置在季节性干湿变化剧烈的土层内。一般基础的埋深宜超过大气影响深度。当膨胀土位于地表下3m，或地下水位较高时，基础可以浅埋。若膨胀土层不厚，则尽可能将基础埋置在非膨胀土上。膨胀土地区的基础设计，应充分利用地基土的承载力，并采用缩小基底面积、合理选择基底形式等措施，以便增大基底压力，减少地基膨胀变形量。膨胀土地基的承载力，可按《膨胀土规范》有关规定选用。采用垫层时，须将地基中膨胀土全部或部分挖除，用砂、碎石、块石、煤渣、灰土等材料作垫层，而且必须有足够的厚度。当采用垫层作为主要设计措施时，垫层宽度应大于基础宽度，两侧回填相同的材料。如采用深基础，宜选用穿透膨胀土层的桩（墩）基。
2）施工措施
膨胀土地区的建筑物，应根据设计要求、场地条件和施工季节，做好施工组织设计。在施工中应尽量减少地基中含水量的变化，以便减少土的胀缩变形。建筑场地施工前，应完成场地土方、挡土墙、护坡、防洪沟及排水沟等工程，使排水畅通、边坡稳定。施工用水应妥善管理，防止管网漏水。临时水池、洗料场、搅拌站与建筑物的距离不少于5m。应做好排水措施，防止施工用水流入基槽内。基槽施工宜采取分段快速作业，施工过程中，基槽不应曝晒或浸泡。被水浸湿后的软弱层必须清除。雨期施工应有防水措施。基础施工完毕后，应立即将基槽和室内回填土分层夯实。填土可用非膨胀土、弱膨胀土或掺有石灰的膨胀土。地坪面层施工时应尽量减少地基浸水，并宜用覆盖物湿润养护。
